染料敏化太阳能电池的结构与工作原理

染料敏化太阳能电池主要由表面吸附了染料敏化剂的半导体电极、电解质、

Pt 对电极组成，

其
结构如图

1-1。

图

1-1 染料敏化太阳能电

池结构图
当有入射光时，染料敏化
剂首先被激发，处于激发
态的染料敏化剂将电子注
入半导体的导带。
氧化态的染料敏化剂被中
继电解质所还原，中继分
子扩散至对电极充电。这
样，开路时两极产生光
电势，经负载闭路则在外电路产生相应的光电流（图

1-2）。

图

1-2 染料敏化太阳

能电池工作原理图
通过超快光谱实验可
得出染料敏化太阳能
电池各个反应步骤速
率常数的数量级

[12]

：

① 染料(S)受光激发
由基态跃迁到激发态
（

S

*

）：

S + hυ → S

*

② 激发态染料分子将电子注入到半导体的导带中：
S

* 

→ S

+ 

+ e

-

(CB)  

，

k

inj 

= 10

10

~10

12

s

-

1

③ I

-

离子还原氧化态染料可以使染料再生：

3I

- 

+ 2S

+ 

→ I

3

- 

+ 2S  

，

k

3 

= 10

8

s

-

1

④ 导带中的电子与氧化态染料之间的复合：
S

+ 

+ e

-

(CB) → S  

，

k

b 

= 10

6

s

-

1

⑤ 导带中的电子在纳米晶网络中传输到后接触面(back contact ，BC)后而流入到外电
路中：
e

-

(CB) → e

-

(BC)  

，

k

5 

= 10

3

~10

0

s

-

1

⑥ 纳米晶膜中传输的电子与进入TiO

2 

膜的孔中的

I

3

-

离子复合：

I

3

- 

+ 2e

-

(CB) → 3I

-

 

，

J

0 

= 10

-

11

~10

-

9

A cm

-

2

⑦ I

3